Sm3+離子激活的NaGd（MoO4）2熒光粉的制備與發光性能

肖進　張思遠　蔣磊　董天成　張林　彭嘉彬　薛海通　王亞杰　劉源

摘 要：本文采用高溫固相法制備了Sm3+離子激活的NaGd（MoO4）2熒光粉，對樣品的相結構、微觀形貌及熒光光譜等特性進行測試和表征。樣品的相結構分析表明，樣品具有良好四方相結構，無雜相生成。熒光光譜表明，Sm3+離子激活的NaGd（MoO4）2粉體能被波長為405nm的光有效激發，表明制備的粉體能很好地與近紫外LED芯片匹配，在405nm近紫外光的照射下，主要的發射峰位于564、605、646nm處，其中位于646nm處的發射峰相對強度最大，歸屬于Sm3+離子的4G5/2→6H9/2躍遷。

關鍵詞：固相法;Sm3+;熒光粉

中圖分類號：TQ422文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0112-03

Synthesis and Luminescence Properties of Sm3+

Doped NaGd （MoO4）2 Phosphor

XIAO Jin ZHANG Siyuan JIANG Lei DONG Tiancheng ZHANG Lin PENG Jiabin XUE Haitong WANG Yajie LIU Yuan

（College of Electrical and Optoelectronic Engineering， Changzhou Institute of Technology，Changzhou Jiangsu 213002）

Abstract： Sm3+-doped NaGd（MoO4）2 phosphor powders was prepared by solid-state reaction method. The phase structure， morphology and optical properties of the material were was characterized by X-ray diffraction （XRD）， scanning electron microscopy （SEM） and photoluminescence （PL） . XRD revealed that a single phase of NaGd（MoO4）2， with an tetragonal structure， was formed without any formation of other substance. The phosphors could be effectively excited by the light with wavelengh of 405nm， matching well with the light-emitting wavelength of a near-UV-emitting LED chip. The main emission peaks of 564，605，646nm were observed under the excitation of 405 nm， the strongest emission was located at 646 nm which originated from the transion 4G5/2→6H9/2 of Sm3+.

Keywords： solid state reaction method; Sm3+;phosphors

1 研究背景

近年來，白色發光二極管（LED）因具有光效高、節能環保、可靠性好、使用壽命長等優點，在照明和顯示領域發展迅速[1]。目前，白色發光二極管LED發光的主要實現形式有以下兩種：一是用藍光芯片激發黃色熒光粉，這種形式產生的白光缺少紅色及橙色成分，顯色指數較低，色溫也相差較大;二是用近紫外芯片激發紅綠藍三色熒光粉[2]。目前，商業化的紅色熒光粉在發光效率及化學穩定性方面仍面臨一定的挑戰。因此，開發可被藍光或近紫外光激發的高性能橙色或紅色熒光粉材料對LED更好地實現暖白光具有重要的意義。

稀土離子是常用的熒光粉激活劑，其中Eu3+的615nm紅色熒光的單色性，量子效率高，是研究較多的紅色熒光粉激活劑[3]。Sm3+離子也是發光材料中比較重要的一種稀土離子，通常在350～450nm區具有較強的吸收，在橙黃色及紅色波段也具有良好的發射，可滿足LED熒光粉的要求[4]，制備出Sm3+離子摻雜的橙黃色及紅色熒光粉在發光材料領域具有非常良好的應用前景?？紤]到堿金屬稀土鉬酸鹽體系具有穩定的物理化學性質[5，6]，制備溫度較鋁酸鹽及硅酸鹽低，制備時也無需氣氛保護，以其為無機發光基質材料具有發光亮度高的優點，本文采用高溫固相法制備了Sm3+摻雜的NaGd（MoO4）2粉體，對其相結構、微觀形貌及發光特性進行研究。

2 試驗部分

2.1 樣品制備

按照NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2化學計量比稱取適量的Na2CO3、MoO3、Gd2O3和Sm2O3粉體，在瑪瑙研缽中充分研磨均勻后，放入剛玉舟內，置入高溫爐中，于1 050℃下煅燒4h，待樣品冷卻后，取出樣品再次研磨，獲得Sm3+摻雜的NaGd（MoO4）2粉體。

2.2 性能表征

采用日本理學電機公司的ULTIMA IV X射線衍射儀對樣品的X射線衍射圖譜進行測試;采用德國蔡司的∑IGMA場發射掃描電鏡對樣品的微觀形貌進行觀察，采用天津港東F320熒光分光光度計測試樣品的激發光譜和發射光譜，所有測試均在室溫下進行。

3 結果與討論

3.1 NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉體的相結構分析

圖1是在1 050oC煅燒4h的NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉體的XRD圖譜，經與標準粉末衍射卡片PDF#25-0828進行對比分析，摻雜5%摩爾濃度的NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2樣品的衍射峰與標準圖譜峰型完全一致，峰位也并未出現明顯的偏移現象，樣品仍然保持四方結構的純相結構?？梢?，Sm3+離子成功摻入NaGd（MoO4）2基質中，并沒有破壞該基質的晶體構型。這是因為Gd3+離子半徑為108nm，而作為激活劑的稀土離子Sm3+半徑為110nm，二者半徑大小十分接近，Sm3離子很容易取代Gd3+的晶體格位，并且5%摩爾濃度的含量也不足以對樣品的晶體結構造成大的影響。

3.2 NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉體的形貌分析

圖2為5mol % Sm3+摻雜的NaGd（MoO4）2樣品的掃描電鏡圖。由于樣品的導電性不好，圖片中出現了部分高亮區域，但仍可從電鏡照片看出，樣品由一些不規則的顆粒組成，大小相對均勻，顆粒大小約為2～3[μm]，有部分團聚現象，表面較為粗糙，這可能是由高溫固相法工藝自身造成的，可通過改變制備方法和工藝進一步優化粉體的形貌及粒徑。

3.3 NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉體的激發與發射光譜

圖3是NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉體在監控波長646nm測試下的激發光譜。激發光譜顯示近紫外光區域和藍光區域都出現了一系列Sm3+的特征吸收。其中，最強峰位于405nm附近，歸屬于Sm3+離子的6H5/2→6K13/2躍遷，可匹配近紫外光LED芯片的發射;其次是467nm（6H5/2→4I13/2）的吸收峰，可匹配藍光LED芯片的發射。由波長405nm激發下的發射光譜發現該熒光粉有三個明顯的發射峰，對應波長依次是564、605nm和646nm，對應Sm3+離子的ff能級躍遷。564nm的發射峰歸屬于Sm3+的4G5/2→6H5/2躍遷;605nm的發射峰歸屬于4G5/2→6H7/2躍遷，發射出紅光;646nm的發射峰歸屬于4G5/2→6H9/2躍遷，發射出深紅色的光。605nm及646nm的發射峰強度最大，646nm的發射稍強于605nm的發射。其中，564nm的發射（4G5/2→6H5/2）主要由磁偶極躍遷決定，605nm及646nm的發射主要由電偶極躍遷決定。從各發射峰的相對強度可以看出，Sm3+離子在NaGd（MoO4）2晶格中處于非對稱反演中心位置，因為電偶極躍遷受晶體場的影響較大，占據非對稱反演中心的位置才能使電偶極躍遷占據主導。通過CIE1931色坐標軟件計算出的樣品的色坐標值為（0.57，0.43），屬橙紅色發光。

4 結論

采用傳統的固相法制備了Sm3+摻雜的NaGd（MoO4）2粉體，通過XRD分析可知，經過1 050oC的煅燒，獲得了具有良好四方結構的NaGd0.95Sm0.05（MoO4）2粉體，表明5 % 摩爾濃度的Sm3+的摻雜并未對樣品的相結構產生明顯的影響，可見，Sm3+離子取代了Gd3+離子的位置。樣品的激發光譜表明，樣品在近紫外至藍光區域具有很強的吸收，在405nm的光吸收最強。在405nm的激發光下，樣品出現了較強的605nm和646nm的發射，經計算在色坐標中處于橙紅色區域，因此，Sm3+摻雜的NaGd（MoO4）2粉體是可以作為熒光燈及LED用橙紅色熒光粉的一個重要的備選材料。

參考文獻：

[1]Wu J，Zhang L，Yue B，et al. Improved Full-color Emission and Switched Luminescence in Single Ca3（PO4）2： Dy3+， Eu3+， Phosphors for White LEDs[J]. Journal of Alloys & Compounds，2016（697）：215-221.

[2]陳彩花，王小軍，蒙麗麗，等.稀土離子摻雜LaAlO3∶RE3+（RE=Eu，Tb，Sm，Tm）熒光粉的發光性能[J].發光學報，2018（7）：923-929.

[3]郝晨暉，崔彩娥，黃平，等.SrSnO3：Eu3+紅色熒光粉的合成及發光性能的研究[J].人工晶體學報，2017（6）：1009-1014.

[4]海熱古·吐遜，吐沙姑·阿不都吾甫，美合日古麗·麥麥提，等.Sm3+摻雜天然鈉長石（NaAlSi3O8）熒光粉的發光性質研究[J].人工晶體學報，2017（9）：1697-1702.

[5]吳錦繡，李梅，崔松松，等.SrMoO4∶Sm3+，Na+紅色熒光粉的形貌調控和發光性能[J].無機化學學報，2017（2）：219-226.

[6] Yanan， Ganhong，Zheng，等.Core–Shell Structure and Luminescence of SrMoO4：Eu3+（10%） Phosphors[J].材料科學技術（英文版），2016（12）：1361-1371.